CN107703533B - 探测面板及探测装置 - Google Patents
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Abstract
一种探测面板及探测装置，该探测面板包括：碘化铯闪烁体层，其未掺杂铊；以及光电探测器，其设置于所述碘化铯闪烁体层的出光侧并且包括半导体层，所述半导体层的材料的禁带宽度大于或等于2.3eV。该探测面板可以降低探测面板的制作成本。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及一种探测面板及探测装置。
背景技术
X射线因为光子能量高、穿透力强的特点，已经广泛应用于人们的生活中，比如X射线在医学领域用于透视检查，在工业中用来探伤，在地铁、机场、车站等场合用于安检。
目前市场上销售的X射线探测装置通常包括闪烁体层、设置于闪烁体层出光侧的探测器以及配套的电路。闪烁体层用于将X射线转化为光，探测器用于将该闪烁体层输出的光转化为电信号，之后电路将该电信号进行处理后输出至显示器，以形成被测物体的图像。
发明内容
本发明的实施例提供一种探测面板及探测装置，以降低探测面板的制作成本。
本发明的至少一个实施例提供一种探测面板，其包括：碘化铯闪烁体层，其未掺杂铊；以及光电探测器，其设置于所述碘化铯闪烁体层的出光侧并且包括半导体层，所述半导体层的材料的禁带宽度大于或等于2.3eV。
例如，所述碘化铯闪烁体层的形成材料为纯碘化铯闪烁体或者掺钠碘化铯闪烁体。
例如，所述半导体层的材料包括氧化锌半导体。
例如，在所述半导体层的材料包括氧化锌半导体的情况下，所述碘化铯闪烁体层的形成材料为纯碘化铯闪烁体。
例如，所述氧化锌半导体为n型掺杂氧化锌半导体，并且掺杂有B、Al、Ga、In、Sc、Y、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、V、Nb、Mo、F、Cl中的一种或几种。
例如，所述氧化锌半导体为p型掺杂氧化锌半导体，并且掺杂有Li、Na、K、Au、Ag、Cu、N、P、As、Sb中的一种或几种。
例如，所述半导体层的材料包括氮氧化锌半导体，或氮化镓半导体，或碳化硅半导体，或金刚石半导体，或类金刚石半导体，或氮化铝半导体，或砷化镓半导体，或氮化硼半导体。
例如，所述光电探测器为光电导探测器或光伏探测器。
例如，所述碘化铯闪烁体层的厚度为1微米至2000微米。
例如，所述碘化铯闪烁体层包括多个呈阵列排列的碘化铯柱状晶体。
例如，每个碘化铯柱状晶体的直径为0.1微米至100微米。
例如，所述探测面板还包括薄膜晶体管开关阵列，其设置于所述光电探测器的远离所述碘化铯闪烁体层的一侧。
例如，所述探测面板为X射线探测面板。
本发明的至少一个实施例还提供一种探测装置，其包括以上任一项所述的探测面板。
本发明实施例提供的探测面板和探测装置，通过将不掺杂铊元素(Tl)的碘化铯闪烁体层和采用宽禁带半导体的光电探测器结合在一起，避开了剧毒的铊及其化合物碘化铊，可以使探测面板的制造成本大大降低，对环境和人友好无毒，并且可以有效地探测碘化铯闪烁体层输出的近紫外光。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
图1为一种X射线探测面板的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的探测面板的结构示意图；
图3为CsI(纯)、CsI(Na)以及CsI(Tl)的X射线光致发光谱；
图4a为本发明实施例提供的一种异面型光电导探测器的结构示意图；
图4b为本发明实施例提供的一种共面型光电导探测器的结构示意图；
图4c为本发明实施例提供的一种p-i-n型光伏探测器的结构示意图；
图4d为本发明实施例提供的一种p-n型光伏探测器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
图1为发明人已知的一种X射线探测面板的结构示意图。如图1所示，该探测面板包括承载基板140和位于承载基板140上的开关电路130、光电探测器120以及闪烁体层110。闪烁体层110为CsI:TlI(碘化铊掺杂的碘化铯，CsI(Tl))闪烁体材料，以将高能量的X射线(X-ray)转化为可见光(如图中的箭头所示)。光电探测器120为非晶硅光电探测器，用于探测闪烁体层110输出的可见光。由于非晶硅光电探测器的峰值波长(即响应率最大值所对应的波长)在550纳米(nm)左右，且对440nm以下的紫外光的光电响应度较低，为了使闪烁体层110输出的光被光电探测器120有效地探测到，通过调节闪烁体层110中的铊元素(Tl)的掺杂量，可以将闪烁体层110输出的光的波长调至非晶硅光电探测器的峰值波长附近。
在研究中，本申请的发明人注意到，采用CsI：TlI闪烁体材料制作闪烁体层的X射线探测面板的制作成本较高，这是因为：由于铊及其化合物碘化铊是剧毒物质，进入人体后可对人体造成严重损害，因此采用CsI：TlI闪烁体材料制作闪烁体层的X射线探测面板在生产过程中需要采用较高级别的安全防护措施，并且探测面板在报废后也不能随意丢弃，需要进行专门的回收再处理以避免破坏环境；再者，由于铊金属是贵重金属，这进一步增加了X射线探测面板的制作成本。
如图2所示，本发明的至少一个实施例提供一种探测面板，其包括承载基板240以及设置于承载基板240上的碘化铯(CsI)闪烁体层210和光电探测器220。碘化铯闪烁体层210形成材料未掺杂铊；光电探测器220设置于碘化铯闪烁体层210的出光侧并且包括半导体层221，该半导体层221的材料的禁带宽度大于或等于2.3eV(电子伏特)。
本发明实施例将不掺杂铊元素的碘化铯闪烁体层和采用宽禁带半导体的光电探测器结合在一起，避开了剧毒的铊及其化合物碘化铊，可以使探测面板的制造成本大大降低并且对环境和人友好无毒。
不掺杂铊元素的碘化铯闪烁体层只能将X射线转换成近紫外光；非晶硅光电探测器对于该近紫外光的光电响应度较低、探测灵敏度很差，并且非晶硅材料经过紫外光照射后具有光致退化效应，可导致非晶硅光电探测器响应曲线的漂移，造成输出图像品质下降甚至产生假像。因此，本发明实施例的探测面板采用禁带宽度大于等于2.3eV的宽禁带半导体材料制作光电探测器220，使得光电探测器220的光学截止波长(即响应率下降到最大值的一半所对应的波长，其表示光电探测器适用的波长范围)小于或等于540nm，可以有效地探测碘化铯闪烁体层输出的近紫外光。
例如，承载基板240可以是厚度为0.1毫米至1毫米的玻璃基板，也可以是PET(聚对苯二甲酸乙二酯)或PI(聚酰亚胺)的透明柔性衬底，例如，该透明柔性衬底的厚度可以为1微米至500微米。本发明实施例包括但不限于所列举的基板。
例如，本发明的至少一个实施例提供的探测面板可以为X射线探测面板。
例如，碘化铯闪烁体层210的形成材料可以为纯碘化铯闪烁体CsI(纯)，即不掺杂的碘化铯闪烁体；或者，碘化铯闪烁体210的形成材料可以为掺钠碘化铯闪烁体CsI(Na)。
不掺杂铊的碘化铯闪烁体层可以有效地吸收X射线并将其转化成近紫外光。例如，如图3所示，纯碘化铯闪烁体可吸收X射线并将其转化为峰值波长约310nm的近紫外光，掺钠碘化铯闪烁体(例如掺杂NaI的碘化铯闪烁体)可将X射线转化成峰值波长约420nm的近紫外光。
例如，如图2所示，碘化铯闪烁体层210的厚度d可以为1微米至2000微米。如果碘化铯闪烁体层太薄，则导致X射线被转化成近紫外光的效率较低；如果碘化铯闪烁体层太厚，则闪烁体层的成本高且因X射线容易被闪烁体层吸收而导致光转化效率低。进一步地，例如，碘化铯闪烁体层210的厚度d可以为500至600微米。
例如，碘化铯闪烁体层210可以包括呈阵列排列的多个碘化铯柱状晶体。例如，每个碘化铯柱状晶体211的直径可以为0.1微米至100微米。若碘化铯柱状晶体太粗，则容易增大串扰；若碘化铯柱状晶体太细，则柱状晶体的光转化效率较低且柱状晶体的间距大，导致探测面板所生成图像的像素点稀疏。进一步地，例如，每个碘化铯柱状晶体211的直径可以为1微米至20微米。
由于碘化铯闪烁体材料容易发生潮解，因此需要对碘化铯闪烁体层210进行封装，以阻隔空气中的水、氧。
例如，如图2所示，本发明的至少一个实施例提供的探测面板还可以包括连接部250、以及设置于碘化铯闪烁体层210的入光侧的密封层260和覆盖该密封层的透明有机保护膜270，连接部250(例如坝胶)将密封层260与光电探测器220连接起来以形成容纳碘化铯闪烁体层210的密封腔体。
例如，密封层260可以为单层封装薄膜结构或者多层封装薄膜结构，并且密封层260可以为有机薄膜或无机薄膜或者两者的叠层。
当然，碘化铯闪烁体层210的封装方式包括但不限于图2所示的实施例。例如，在上述密封腔体内还可以填充有填充胶(Filler Adhesive)。例如，可以采用片胶(Laminator)取代连接部250与密封层260来进行封装；或者，可以在碘化铯闪烁体层210的入光侧设置基板，并且通过激光烧结玻璃料(Frit)的方式连接该基板以及承载基板240以形成密封腔体。
例如，本发明的至少一个实施例提供的探测面板还可以包括薄膜晶体管开关阵列230，其设置于光电探测器220的远离碘化铯闪烁体层210的一侧，包括多个薄膜晶体管231，并且用于控制光电探测器220的输出信号的读取。
需要说明的是，本发明实施例不限定薄膜晶体管231、光电探测器220以及碘化铯柱状晶体211的数量之间的对应关系，这些部件的数量可以根据实际需要进行设置。
例如，薄膜晶体管231可以是非晶硅薄膜晶体管、非晶氧化铟镓锌薄膜晶体管、低温多晶氧化铟镓锌薄膜晶体管、低温多晶硅薄膜晶体管、氮氧化锌薄膜晶体管或者有机物薄膜晶体管。
例如，光电探测器220的半导体层221的材料可以包括氧化锌(ZnO)半导体。
氧化锌半导体是一种宽禁带直接带隙半导体材料，其中的电子与空穴之间发生直接复合，这种直接复合的方式使得采用氧化锌半导体取代非晶硅材料制备的光电探测器具有较高的发光效率。此外，氧化锌半导体材料对人和环境无毒、在地球上储量丰富且价格便宜。
例如，在光电探测器220采用氧化锌半导体的情况下，碘化铯闪烁体层210可以为纯碘化铯闪烁体。由于纯碘化铯闪烁体可将X射线转变为峰值波长为310nm左右的近紫外光，氧化锌半导体的禁带宽度为3.37eV，光学截止波长为1240/3.37＝370nm，并且氧化锌半导体对300～370nm近紫外光的光电响应量子效率高于10％，因此采用纯碘化铯闪烁体与氧化锌半导体的组合，可以使光电探测器220有效地探测碘化铯闪烁体层210输出的近紫外光。
另外，由于氧化锌半导体的光学截止波长为370nm，使得光电探测器220对可见光无光电响应，因而光电探测器220的入光端可不使用阻挡可见光进入的滤光片，这样既可降低成本又可防止环境中的可见光可能带来的串扰。
例如，氧化锌半导体可以为n型掺杂氧化锌半导体，并且掺杂有B、Al、Ga、In、Sc、Y、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、V、Nb、Mo、F、Cl中的一种或几种。
例如，氧化锌半导体可以为p型掺杂氧化锌半导体，并且掺杂有Li、Na、K、Au、Ag、Cu、N、P、As、Sb中的一种或几种。
当然，在本发明的至少另一个实施例中，半导体层221的材料也可以包括氮氧化锌，或氮化镓，或碳化硅，或金刚石，或类金刚石，或氮化铝，或砷化镓，或氮化硼。这些半导体材料可有效探测近紫外光，并且对环境中的可见光无响应，可大大降低环境光的串扰、节省阻挡可见光的滤光片并提高信噪比。
例如，在本发明的至少一个实施例中，光电探测器220可以为光电导探测器或光伏探测器。
光电导探测器是指利用半导体材料的光电导效应制作的探测器。所谓光电导效应，是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象。光电导探测器可以包括异面型光电导探测器和共面型光电导探测器。
光伏探测器是利用半导体PN结光伏效应制成的器件，也称结型光电器件。光伏探测器包括多种类型，雪崩光电探测器是其中的一种。雪崩光电探测器采用雪崩光电二极管(APD)，能够具有更大的响应度。
下面结合图4a至图4d对本发明实施例中的光电探测器进行详细说明。
例如，如图4a所示，光电探测器220为异面型光电导探测器，其包括第一电极222a，位于第一电极222a上的半导体层221，以及位于半导体层221上的多个第二电极222b，也就是说，第一电极222a和第二电极222b分别设置于半导体层221的背光侧和照光侧。
例如，如图4b所示，光电探测器220为共面型光电导探测器，其包括半导体层221以及设置于半导体层221的照光侧的第一电极222a和第二电极222b。
例如，如图4c所示，光电探测器220为p-i-n型光伏探测器，其包括半导体层221、绝缘层224以及分别位于半导体层221的背光侧和照光侧的第一电极222a和多个第二电极222b。半导体层221包括本征半导体221c以及分别设置于其两侧的第一掺杂半导体221a和第二掺杂半导体221b。第一掺杂半导体221a和第二掺杂半导体221b中的一个为p型掺杂半导体且另一个为n型掺杂半导体。绝缘层224将第二电极222b与本征半导体221c间隔开。
例如，如图4d所示，光电探测器220为p-n型光伏探测器，其包括半导体层221、绝缘层224以及分别位于半导体层221的背光侧和照光侧的第一电极222a和多个第二电极222b。半导体层221包括第一掺杂半导体221a和第二掺杂半导体221b，二者中的一个为p型掺杂半导体且另一个为n型掺杂半导体。绝缘层224将第二电极222b与第一掺杂半导体221a间隔开。
在以上任一光电探测器中，第一电极和第二电极中的一个为正极且另一个为负极。例如，第一电极和第二电极都可以采用金属材料制作，例如铝、铝钕合金、铜、钛、钼和钼铌合金等金属中的一种或几种。
本发明的至少一个实施例还提供一种探测装置，其包括以上任一实施例提供的探测面板。
例如，该探测装置还可以包括外围电路，例如显示器等设备。X射线在进入该探测装置的探测面板之后，被碘化铯闪烁体层转化为近紫外光，之后被光电探测器转化为电信号，该电信号被薄膜晶体管开关阵列收集并输出，最终在显示器上形成图像。
综上所述，本发明实施例提供的探测面板和探测装置，通过将不掺杂铊元素(Tl)的碘化铯闪烁体层和采用宽禁带半导体的光电探测器结合在一起，避开了剧毒的铊及其化合物碘化铊，可以使探测面板的制造成本大大降低，对环境和人友好无毒，并且可以有效地探测碘化铯闪烁体层输出的近紫外光。
在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。
Claims (10)
1.一种探测面板，包括：
碘化铯闪烁体层，其未掺杂铊；以及
光电探测器，其设置于所述碘化铯闪烁体层的出光侧并且包括半导体层，其中，所述半导体层的材料的禁带宽度大于或等于2.3eV；
所述半导体层的材料包括n型掺杂氧化锌半导体和p型掺杂氧化锌半导体；
所述n型掺杂氧化锌半导体掺杂有B、Al、Ga、In、Sc、Y、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、V、Nb、Mo、F、Cl中的一种或几种；所述p型掺杂氧化锌半导体掺杂有Li、Na、K、Au、Ag、Cu、N、P、As、Sb中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的探测面板，其中，所述碘化铯闪烁体层的形成材料为纯碘化铯闪烁体或者掺钠碘化铯闪烁体。
3.根据权利要求1或2所述的探测面板，其中，所述碘化铯闪烁体层的形成材料为纯碘化铯闪烁体。
4.根据权利要求1或2所述的探测面板，其中，所述光电探测器为光电导探测器或光伏探测器。
5.根据权利要求1或2所述的探测面板，其中，所述碘化铯闪烁体层的厚度为1微米至2000微米。
6.根据权利要求1或2所述的探测面板，其中，所述碘化铯闪烁体层包括多个呈阵列排列的碘化铯柱状晶体。
7.根据权利要求6所述的探测面板，其中，每个碘化铯柱状晶体的直径为0.1微米至100微米。
8.根据权利要求1或2所述的探测面板，其中，所述探测面板还包括薄膜晶体管开关阵列，其设置于所述光电探测器的远离所述碘化铯闪烁体层的一侧。
9.根据权利要求1或2所述的探测面板，其中，所述探测面板为X射线探测面板。
10.一种探测装置，包括权利要求1-9中任一项所述的探测面板。
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| GR01 | Patent grant | ||
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